هندسة العيوب في هندسة محصورة متعددة لبطاريات الليثيوم-كبريت المتينة

الملخص إن تدهور بطاريات الليثيوم-كبريت (Li–S) يرجع أساسًا إلى تأثير الشاتل الناتج عن المراحل الوسيطة من البوليسلفيدات (LiPSs). في هذا السياق، تم إعداد بنية كاثودية محصورة متعددة عن طريق ملء خشب الصنوبر المكلس بأنابيب الكربون النانوية وجزيئات نانو LaNiO3−x (LNO‐V) التالفة. يوضح القطب المركب الذي يحمل حمولة كبريتية عالية تصل إلى 11.6 ملغ cm−2 سعة محددة سطحية عالية قدرها 8.5 مللي أمبير ساعة cm−2 عند 1 مللي أمبير cm−2 (0.05 C). تكشف كل من النتائج التجريبية والحسابات النظرية أن هذه البنية الفريدة لا توفر فقط قيودًا فعلية على LiPSs داخل القنوات الدقيقة، ولكنها أيضًا تقدم تثبيتًا كيميائيًا قويًا وتحويلًا حفزيًا لـ LiPSs يُعزى إلى كثافة الدوران حول فراغات الأكسجين في LaNiO3−x. تعمل هذه الفراغات على إطالة روابط SS وLiS، مما يجعلها سهلة الكسر. علاوة على ذلك، فإن القنوات الطولية المشتقة من الغلاف الخلوي تحد من الانتشار العرضي للبوليسلفيدات، مما يؤدي إلى تيار سطحي موحد وبالتالي ترشيح متجانس لليثيوم. هذا يساعد على تقليل تآكل أنود الليثيوم بسبب احتجاز البوليسلفيد. يمكن أن يوسع اكتشاف البنية المحصورة المتعددة التي توفر الامتصاص الكيميائي، الانتشار السريع، والتحويل الحفزي للبوليسلفيدات من تطبيق المواد الحيوية ويقدم استراتيجية جديدة لتحقيق بطاريات Li–S المتينة.